20145308 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

20145308 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结

教材学习内容总结

• 输入/输出（I/O）是在主存和外部设备之间拷贝数据的过程

10.1 Unix I/O

• Unix文件：m个字节的序列
• 所有的I/O设备都被模型化为文件，所有的输入和输出都被当作对相应文件的读和写来执行
• Unix内核引出一个简单、低级的应用接口，称为Unix I/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行
  • 打开文件：宣告想要访问一个I/O设备，内核返回描述符（小的非负整数）
  • 改变当前的文件位置：内核保持着一个文件位置k，是从文件开头起始的字节偏移量
  • 读写文件：文件从当前文件位置K开始读写
  • 关闭文件：内核释放文件打开时创建的数据结构，并将这个描述符恢复到可用的描述符池中

10.2 打开和关闭文件

• 进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或创建一个新文件的
  • open成功返回新文件描述符，出错为1
  • open函数：filename文件描述符，flags指明进程打算如何访问文件，mode指定了新文件的访问权限位
  • 文件的访问权限位被设置为mode&umask
  • close成功为0,出错返回-1

10.3 读和写文件

• 应用程序分别通过调用read和write函数来执行输入和输出的
  • read成功返回读的字节数，若EOF为0，出错为-1
  • write成功则为写的字节数，出错则为-1
• 不足值出现原因
  • 读时遇到EOF
  • 从终端读入文本行：打开文件是与终端相关联的，每个read函数将一次传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小
  • 读和写网络套接字：打开的文件对于网络套接字，内部缓冲约束和较长的网络延迟会引起read和write返回不足值

10.4 用RIO包健壮地读写

• RIO：I/O包，会自动为你处理不足值
• RIO提供两种函数
  • 无缓冲的输入输出函数：直接在存储器和文件之间传送数据，没有应用级缓冲，对二进制数据读写到网络和从网络读写二进制数据
  • 带缓冲的输入函数：允许高效的从文件中读取文本行和二进制数据，这些文件的内容缓存在应用级缓冲区内，带缓冲的RIO输入函数是线程安全的，在同一个描述符上可以被交错的调用

10.4.1 RIO的无缓冲的输入输出函数

• 通过调用rio_readn和rio_writen函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据
  • 成功则为传送的字节数，EOF则0（只对rio_readn），出错则为-1
  • rio_writen遇到EOF绝不会返回不足值
  • 对同一个描述符，可以交错调用rio_readen和rio_writen

10.4.2 RIO的带缓冲的输入函数

• 文本行：一个由换行符结尾的ASCII码字符序列
• 换行符（' '）与ASCII码中（LF）相同，数字值为0x0a
• 包装函数rio_readlined，从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，自动调用read重新填充缓冲区
• rio_readnb，对于即包含文本行也包含二进制数据的文件，rio_readn带缓冲区的版本
• RIO读程序的核心是rio_read函数，Unix read函数的带缓冲版本

10.5 读取文件元数据

• 应用程序能够通过调用stat和fstat函数，检索到关于文件的信息（文件的元数据），成功为0，出错为-1
  • st_size包含了文件的字节数大小，st_mode成员编码了文件访问许可位和文件类型
• 普通文件：包括某种类型二进制或文本数据
• 目标文件：包含关于其他文件信息
• 套接字：一种用来通过网络与其他进程通信的文件
• 使用宏和stat函数来读取和解释一个文件的st_mode位

10.6 共享文件

• 内核用三个相关的数据结构表示打开的文件：描述符表、文件表、v-node表
• 描述符表：每个进程都有独立的描述符表，表项是由进程打开的文件文件描述符来索引的，每个描述符表项都指向文件表中的一个表项
• 文件表：打开的文件的集合，所有进程共享一个表，表项组成包括当前的文件位置、引用计数和指向v-node表对应表项的指针
• v-node表：所有进程共享，表项包括stat结构中的大多数信息

10.7 I/O重定向

• Unix外壳提供I/O重定向操作符，允许用户将磁盘文件和标准输入输出联系起来
  • 利用int dup2(int oldfd,int newfd)，成功返回非负描述符，出错为-1
  • dup2函数拷贝描述表表项oldfd到描述表表项newfd，覆盖newfd以前的内容，如果newfd已经打开了，dup2会在拷贝oldfd前关闭newfd

10.8 标准I/O

• 标准I/O库，一组高级的输入输出函数，将一个打开的文件模型化为一个流（指向FILE类型的结构的指针）
• ANSI C程序开始时有三个打开的流：标准输入stdin、标准输出stdout和标准错误stderr
• 类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象

10.9 综合：我该使用哪些I/O函数

• 标准I/O函数是磁盘和终端设备I/O之选
• 标准I/O流限制
  • 跟在输出函数之后的输入函数：在每个输入操作前刷新缓冲区
  • 跟在输入函数之后的输出函数：对同一个代开的套接字打开两个流，一个用来读，一个用来写
• 在网络套接字上不使用标准I/O函数来进行输入和输出，使用健壮的RIO函数

附录A 错误处理

• 给定某个系统程序的包装函数，包装函数调用基本函数并检查错误

A.1 Unix系统中的错误处理

• Unix风格的错误处理
  • Unix早期开发出来的函数返回值既包括错误代码又有有用结果，例如fork和wait
  • 遇到错误返回-1，并将全局变量errno设置为指明错误原因的错误代码
• Posix风格的错误处理
  • 只用返回值来表明成功（0）或失败（非0），任何有用的结果都返回在通过引用传递进来的函数参数中
• DNS风格的错误处理
  • gethostbyname和gethostbyaddr函数检索DNS主机条目，在失败时返回NULL指针，并设置全局变量h_errno
• 错误报告函数小结

A.2错误处理包装函数

• Unix风格的错误处理包装函数
• Posix风格的错误处理包装函数
• DNS风格的错误处理包装函数

教材学习中的问题和解决过程

• 习题5.1，答案不是'
• 看了题目后，以为是分别两次读文件，就直接认为答案是'f'了，但是看了讲解，发现自己忽略了重定向后，两个文件描述符都指向一个文件，文件的引用计数也要加一，答案是'o'

本周代码托管截图

托管链接：http://git.oschina.net/yg1022/CSAPP2E

其他（感悟、思考等，可选）

• 本周学习了I/O，其中包含Unix系统提供的少量的系统级函数，利用RIO包读写，和利用基于Unix I/O的标准I/O库进行读写。还学习了附录A中的内容，主要学习了Unix系统中的错误处理以及用包装函数来处理错误。学习了两部分内容，相同点是无论是I/O还是错误，都会用包装函数来处理错误。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周		1/2	25/30	学习Linux指令
第二周	50/50	1/3	25/55	Linux系统下的开发环境
第三周	20/70	1/4	25/80	信息的表示和处理
第五周	20/90	1/5	30/110	程序的机器级表示
第六周	20/110	1/6	30/140	处理器体系结构
第七周	20/130	1/7	30/170	存储器层次结构
第八周	0/130	2/9	10/180	期中复习
第九周	48/178	1/10	10/190	系统级I/O、错误处理